bab ii dasar teori - polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/145/jbptppolban-gdl... · 2017. 11....

Astuti Familia, Perancangan Ulang Struktur Atas Jembatan Cibuni… II-1

BAB II

DASAR TEORI

II.1 Jembatan

Jembatan adalah bangunan pelengkap jalan yang berfungsi sebagai

penghubung dua ujung jalan yang terputus oleh sungai, saluran, lembah dan selat

atau laut, jalan raya dan jalan kereta api.

Desain atau rencana yang baik akan memperhatikan faktor ekonomis dari

sumber pendanaan untuk pelaksanaan jembatan tersebut kelak setelah selesai

direncanakan. Pemilihan bangunan atas, penentuan jumlah dan panjang bentang

dan sebagainya akan menentukan seberapa besar biaya yang diperlukan untuk

membangun jembatan tersebut. Tipe jembatan serta komponen yang digunakan

juga menentukan besar kecilnya life cyle cost dari jembatan. Biaya total jembatan

(total cost) akan mencaku biaya awal pembangunan (initial cost), biaya

pengoperasian (operational cost) dan biaya pemeliharaan/penggantian komponen

(maintenance cost) yang harus menjadi pertimbangan pada saat perancangan

jembatan. Pada Tabel II.1 dapat dilihat referensi awal dalam pemilihan bangunan

atas berdasarkan bentang ekonomisnya. Tabel II.1 Pedoman Umum Penentuan Bentang Ekonomis

Sumber: Pedoman Persyaratan Umum Perancangan Jembatan

II.1.1 Kriteria Ruang Bebas Jembatan

Ruang bebas adalah ruang di atas badan jalan yang senantiasa harus bebas

dari segala rintangan dan benda pengahalang ruang ini disediakan untuk lalu lintas

kendaraan atau pejalan kaki. Ruang bebas terdiri dari ruang bebas horizontal dan

ruang bebas vertikal, yang termasuk ruang bebas adalah sebagai berikut.

a. Bagian–bagian dari bangunan atas yang berada di atas level jalan, atau;


b. Bangunan bawah jembatan yang melintas di atas jalan atau lintasan kereta api.

II.1.1.1 Ruang Bebas Horizontal

Bagian-bagian pada bangunan atas harus dilindungi dengan suatu pengaman

lalu lintas (barrier) yang kaku. Bagian-bagian pada bangunan bawah Untuk

bentang jembatan yang tidak memiliki bentuk yang lurus, ruang bebas yang perlu

disediakan, minimum 80% dari panjang bentang, kecuali dengan persetujuan

instansi yang berwenang.

a. Ruang Bebas pada Pengaman Kaku Untuk Lalu Lintas

Ruang bebas horizontal minimum sebesar 0,5 m harus disediakan di antara

muka pengaman dan tepi luar dari lajur lalu lintas yang berdekatan.

b. Ruang Bebas pada Penghalang Fleksibel Untuk Lalu Lintas

Ruang bebas minimum di antara bangunan/struktur yang dilindungi dan

bagian belakang pengaman lalu lintas adalah 2 m untuk jagaan terhadap perilaku

pascadefleksi. Ruang bebas horizontal minimum sebesar 0,5 m harus disediakan di

antara sisi dalam penghalang dan tepi luar dari bahu jalan terdekat. Ruang bebas

tambahan, sesuai dengan ketentuan instansi yang berwenang, harus disediakan

untuk antisipasi adanya pelebaran tikungan atau persyaratan jarak pandang.

II.1.1.2 Ruang Bebas Vertikal

Penetapan ruang bebas pada jembatan adalah sebagai batasan minimum

yang perlu diterapkan dalam konstruksi jembatan untuk menjamin lancarnya

pergerakan di atas jembatan maupun di bawah jembatan. Berdasarkan PP No.34

Tahun 2006, tinggi ruang bebas minimum adalah 5 meter. Sementara Menurut

Pedoman Persyaratan Umum Perancangan Jembatan, tinggi minimum untuk

jembatan tertutup untuk tinggi bebas bebas jembatan terhadap banjir ditetapkan

sebesar 1 meter diatas muka air bajir sungai yang dilalui. Namun untuk sungai-

sungai yang mempunyai karakteristik khusus tinggi bebas disesuaikan dengan

keperluan. Jika di atas sungai terdapat aktivitas lalu lintas air, maka syarat ruang

bebas disesuaikan dengan dimensi benda yang melewati sungai.

Ruang bebas vertikal operasional adalah ruang bebas minimum yang akan

terjadi pada bangunan selama umur rencana. Ruang bebas vertikal desain harus


lebih besar 0,1 m terhadap ruang bebas vertikal operasional untuk antisipasi

penurunan dan pelapisan kembali jalan.

Ruang bebas vertikal operasional yang ditetapkan berlaku sepanjang lebar

jalan. Agar tinggi ruang bebas vertikal selalu terjaga, pelapisan ulang pada badan

jalan yang menambah ketebalan lapis perkerasan harus dihindari, terutama pada

ruang bebas vertikal yang terbatas. Ruang bebas vertikal minimum sepanjang atau

di atas jembatan seperti ilustrasi yang terlihat pada Gambar II.1.

Gambar II.1 Ruang Bebas Di Atas Jalan

Sumber: Pedoman Persyaratan Umum Perancangan Jembatan

Sementara untuk ruang bebas vertikal di atas trotoar adalah minimum 2,1 m

namun dianjurkan mengambil angka 2,5 m.

II.1.2 Batasan Lendutan

Berdasarakan RSNI-T-03-2005 persyaratan dan pembatasan lendutan pada

balok adalah dihitung akibat beban layan yaitu beban hidup dengan beban kejut.

Lendutan maksimum untuk balok yang berada diatas dua tumpun atau gelagar

menerus adalah 1/800 bentang. Kecuali pada jembatan di daerah perkotaan yang

sebgian jalur digunakan pejalan kaki, batasan tersebut adlah 1/1000 bentang.

II.1.3 Tumpuan Jembatan

Komponen dalam tumpuan jembatan terdiri dari susunan elastomer, pelat

landasan atau sole plate, dan angkur. Ada dua tipe elastomer untuk tumpuan


jembatan. Elastomer tipe polos dan elastomer berlapis (laminasi), seperti pada

Gambar II.2.

Gambar II.2 Bantalan Elastomer

Sumber: Pedoman Perancangan Bantalan Elastomer untuk Perletakan Jembatan

Perletakan harus mampu memikul dan menyalurkan beban dari bagian

struktur atas ke bagian struktur bawah tanpa terjadi kerusakan. Kemampuan

perletakan untuk memikul beban dan pergerakan dari perletakan harus sesuai

dengan asumsi yang dibuat dalam perancangan jembatan secara keseluruhan dan

persyaratan khusus di dalamnya. Pengaruh gerakan dari pusat tekanan harus

dipertimbangkan sepenuhnya dalam perancangan semua perletakan dan dalam

perhitungan daya dukung pada struktur atas serta struktur bawah.

Perancangan perletakan harus dirancang sesuai umur rencana jembatan.

Apabila tidak dirancang sesuai umur rencana jembatan, maka jembatan harus

dilengkapi dengan fasilitas untuk penggantian dan pemeliharaan elemen perletakan.

Jenis perletakan yang akan digunakan adalah elastomer bearings pad dengan

karakteristik sebagai berikut:

a. Terdiri dari dua atau lebih lapisan elastomer dan pelat baja yang bekerja secara

komposit, seperti ditunjukkan pada Gambar II.3.

b. Tipikal beban maksimum pada arah vertikal sebesar 5000 kN

c. Membutuhkan modifikasi untuk dapat menahan gaya memanjang jembatan

d. Membutuhkan modifikasi untuk dapat menahan gaya melintang jembatan

e. Tipikal perpindahan maksimum sebesar 50 mm

f. Memungkinkan perputaran

g. Baik untuk menahan beban gempa sebagai peredam (buffer).


Gambar II.3 Perletakan Elastomer


Karakteristik tipikal perletakan elastomer yang akan digunakan pada

jembatan dapat dilihat pada Tabel II.2. Tabel II.2 Karakteristik Tipikal Perletakan Elastomer


Perancangan bantalan elastomer tipe berlapis dengan perkuatan pelat baja

membutuhkan keseimbangan kekakuan untuk menopang beban tekan yang besar

dan untuk mengakomodasi translasi dan rotasi. Untuk bantalan karet yang

dirancang menggunakan ketentuan dalam pedoman ini, keseimbangan tersebut

dijaga dengan menggunakan elastomer yang relatif lentur dengan nilai modulus

geser (G), di antara 0.6 MPa dan 1.3 MPa dan faktor bentuk yang sesuai, dan

kekerasan nominal karet harus berada diantara 50 dan 60 dalam skala Shore “A”.

Tebal bantalan tergantung pada besarnya pergerakan yang disyaratkan.

Regangan geser akibat translasi harus dibatasi kurang dari 0.5 mm/mm untuk

mencegah guling dan kelelahan yang berlebihan. Ketebalan total elastomer, harus

dirancang dua kali lebih besar dari translasi rencana. Untuk memastikan

kestabilannya, ketebalan total bantalan karet tidak boleh melebihi L/3 dan/atau

W/3.

Lapisan elastomer yang dimiringkan tidak diperbolehkan. Semua lapisan

internal di dalam bantalan karet harus memiliki ketebalan yang sama, dan lapisan

karet penutup tidak boleh lebih dari 70% ketebalan lapisan internal layer.

Beban yang harus dihitung diterima oleh bantalan adalah beban hidup

ditambah beban mati rencana. Di dalam perhitungan beban – beban ini harus di


konversi menjadi tegangan rata-rata berdasarkan luas area bantalan yang menerima

beban seperti rumus berikut ini.

𝑠 =𝑃𝐷𝐿+𝑃𝐿𝐿

𝐴 ........................................................................................................ (1)

𝐿 =𝑃𝐿𝐿

𝐴 ............................................................................................................... (2)

Keterangan:

𝑠 : tegangan rata-rata akibat beban total (MPa)

𝐿 : tegangan rata-rata akibat beban hidup (MPa)

𝑃𝐷𝐿 : beban mati rencana (N)

𝑃𝐿𝐿 : beban hidup rencana (N)

A : luas keseluruhan (bonded surface area) (mm2)

Kekakuan dari bantalan karet ketika dalam kondisi terbebani pada

permukaannya terkekang terhadap gelincir, yang tergantung pada faktor bentuk (S)

yang merupakan rasio dari daerah yang tertekan (area under compression) terhadap

area yang bebas untuk menjadi gembung (area free to bulge). Faktor bentuk untuk

lapisan-lapisan elastomer tanpa lubang harus dihitung sebagai berikut.

𝑆 =𝐴

𝑙𝑝×ℎ𝑟𝑖 ............................................................................................................. (3)

𝑙𝑝 = 2 × (𝐿 + 𝑊) ................................................................................................. (4)

𝐴 = 𝐿 × 𝑊 ............................................................................................................ (5)

Keterangan :

S : faktor bentuk

A : luas keseluruhan (bonded surface area) (mm2)

Ip : keliling elastomer, termasuk lubang (bonded surface perimeter) (mm)

hri : ketebalan efektif karet pada lapisan antara (internal layer) (mm)

l : panjang efektif keseluruhan elastomer (mm)

b : lebar efektif keseluruhan elastomer (mm)

seperti ditunjukkan pada Gambar II.4.


Gambar II.4 Representasi Perletakan Bantalan Elastomer


Faktor bentuk (S) harus berada dalam batas berikut ini:

- Untuk bantalan polos

1 < S < 4 ............................................................................................................... (6)

- Untuk bantalan tipe berlapis

4 < S < 12 ............................................................................................................. (7)

Terlepasnya elastomer dari pelat penguatnya juga menjadi hal yang penting

untuk dipertimbangkan. Hal ini dapat dikendalikan dengan membatasi tegangan

tekan maksimum akibat kombinasi beban pada elastomer sebesar 7.0 MPa untuk

bantalan yang mengalami deformasi geser. Terlepasnya elastomer dari pelat

penguatnya dicegah dengan mengabungkan batasan tekan yang dipenuhi

berdasarkan persamaan 8 dan 9.

𝑠 ≤ 7.0MPa .......................................................................................................... (8)

𝑠 ≤ 1.0 GS ........................................................................................................... (9)

Keterangan :

G : modulus geser elastomer (MPa)

S : faktor bentuk


Untuk bantalan karet tipe berlapis yang dikekang terhadap deformasi geser,

besarnya tegangan dapat dinaikkan sebesar 10%. Rotasi dapat terjadi pada bantalan

karet dan harus dianggap sebagai jumlah maksimum dari pengaruh berkurangnya

kesejajaran dan subsekuen perputaran ujung gelagar akibat beban - beban imposed


dan pergerakan yang terjadi. Pemisahan (separation) antara ujung bantalan dengan

struktur yang menumpu harus dicegah pada saat terjadinya rotasi, karena

pemisahan dapat menyebabkan tegangan tarik pada elastomer dan berpotensi

menyebabkan sobek (delaminasi). Pemisahan dicegah dengan mengabungkan

batasan tekan dan rotasi yang dipenuhi berdasarkan persamaan 10 dan persamaan

11. Toleransi rotasi untuk pelaksanaan yang diizinkan menurut AASHTO LRFD

4th Edition tahun 2007 sebesar 0.005 radian.

𝑠 ≥ 0,5 × 𝐺 × 𝑆 × (𝐿

ℎ𝑟𝑖)

2

×𝑠,𝑥

𝑛 ....................................................................... (10)

𝑠 ≥ 0,5 × 𝐺 × 𝑆 × (𝑊

ℎ𝑟𝑖)

2

×𝑠,𝑥

𝑛 ....................................................................... (11)

Keterangan :

n : jumlah lapisan internal karet

G : modulus geser elastomer (MPa)

𝑠,𝑥 : maksimum perputaran pada setiap sumbu (rad)

S : faktor bentuk

hri : ketebalan lapisan internal (mm)

W : lebar dari bantalan elastomer (tegak lurus terhadap sumbu memanjang

jembatan) (mm).

L : panjang dari bantalan elastomer (sejajar dengan sumbu memanjang

jembatan) (mm).

Tegangan tarik akan terjadi pada pelat baja karena menahan pergerakan

karet. Tegangan tarik ini dapat menentukan tebal pelat yang dibutuhkan, sehingga

tebal pelat harus ditentukan berdasarkan:

ℎ𝑠 ≥3ℎ𝑟𝑚𝑎𝑥×𝑠

𝑓𝑦 .................................................................................................... (12)

Untuk perhitungan ketahanan fatik berdasarkan AASHTO LRFD 4th Ed

2007 pasal 6.6.1.2.5, kebutuhan pelat ditentukan berdasarkan

ℎ𝑠 ≥2ℎ𝑟𝑚𝑎𝑥×𝐿

𝑓𝑇𝐻 .................................................................................................... (13)

Keterangan:

hrmax : ketebalan maksimum lapisan elastomer pada bantalan elastomer (mm)

hs : ketebalan lapisan plat pada elastomer berlapis plat (mm)

fy : batas ulur dari pelat baja yang digunakan (MPa)


FTH : batas fatik (constant amplitude fatique threshold) yang digunakan (MPa)


𝐿 : tegangan rata-rata akibat beban hidup (MPa)

Batasan fatik dapat mengacu pada tabel 6.6.1.2.5-3 AASHTO LRFD 4th

Edisi 2007. Apabila beban geser terfaktor ditahan oleh bantalan yang terdeformasi

pada batas kekuatan yang melebihi 1/5 beban vertikal minimum akibat beban

permanen, bantalan tersebut harus diamankan (secured) terhadap pergerakan

horizontal. Sifat fisik elastomer yang digunakan sebagai bahan perletakan dapat

diuji untuk mengetahui Skesesuaiannya berdasarkan ketentuan yang diatur dalam

SNI 3967:2008.

II.2 Pembebanan Jembatan

Dalam perancangan jembatan, pembebanan untuk jembatan diatur dalam

SNI-1725-2016. Secara umum beban pada jembatan terdiri dari beban permanen

yaitu beban yang bekerja sepanjang waktu pada jembatan dan beban transien yaitu

beban yang bekerja dalam waktu pendek dan bersifat sementara (Nasution, 2012).

Berikut ini adalah jenis-jenis beban yang terjadi pada jembatan dengan ketentuan

sesuai dengan SNI-1725-2016.

II.2.1 Berat Sendiri

Berat sendiri adalah berat bagian tersebut dan elemen-elemen struktural lain

yang dipikulnya termasuk dalam hal ini adalah berat bahan dan bagian jembatan

yang merupakan elemen stuktural, ditambah dengan elemen nonstruktural yang

dianggap tetap. Adapun faktor beban yang digunakan untuk berat sendiri dapat

dilihat pada Tabel II.3. Tabel II.3 Faktor Beban untuk Berat Sendiri

Sumber: SNI-1725-2016


II.2.2 Beban Mati Tambahan

Beban mati tambahan adalah berat seluruh bahan yang membentuk suatu

beban pada jembaatn yang merupakan elemen nonstruktural, dan besarnya dapat

berubah selama umur jembatan. Jembatan perlu direncanakan memikul beban

karena pelapisan aspal beton setebal 5 cm. Selain itu, pelengkap dan sarana umum

yang ditempatkan pada jembatan perlu dihitung secara akurat, contohnya pipa

saluran air bersih, saluran air kotor dan lain-lainya. Adapun faktor beban yang

digunakan untuk berat mati tambahan dapat dilihat pada Tabel II.4. Tabel II.4 Faktor Beban untuk Beban Mati Tambahan

Sumber: SNI-1725-2016 II.2.3 Beban Lalu Lintas

Beban lalu lintas untuk perancangan jembatan terdiri dari beban laur “D”

dan beban truk “T”. Beban lajur “D” bekerja pada seluruh lebar jelur kendaraan dan

menimbulkan pengaruh pada jembatan yang ekuivalen dengan suatu iring-iringan

kendaraan yang sebenarnya. Jumlah total beban lajur “D” yang bekerja tergantung

pada lebar jalur kendaraan itu sendiri.

Beban truk “T” adalah satu kendaraan bera dengan 3 gandar yang

ditempatkan pada beberapa posisi dalam lajur lalu lintas rencana. Tiap gandar

terdiri atas dua bidang kontak pembebanan yang dimaksud sebagai simulasi

pengaruh roda kendaraan berat. Hanya satu truk “T” diterapkan per lajur lalu lintas

rencana.

Secara umum beban “D” akan menjadi beban penentu dalam perhitungan

jembatan yang mempunyai bentang sedang sampai panjang. Sedangkan beban “T”

digunakan untuk bentang pendek dan lantai kendaraan.


II.3.3.1 Beban Lajur “D”

Beban lajur “D” terdiri dari beban terbagi rata (BTR) yang digabung dengan

beban garis (BGT) seperti telihat dalam Gambar II.5. Adapun faktor beban yang

digunakan untuk beban lajur “D” dapat dilihat pada Tabel II.5. Tabel II.5 Faktor Beban untuk Beban Lajur “D”


a. Intensitas Beban “D”

Beban terbagi rata (BTR) mempunyai intensitas kPa dengan besaran q

tergantung pada panjang total yang dibebani L yaitu seperti berikut:

Jika L ≤ 30 m : q = 9 kPa ................................................................................... (14)

L > 30 m : q = 9 + (0,5 +15

𝐿) kPa ............................................................ (15)

Keterangan:

q : intensitas beban terbagi rata (BTR) dalam arah memanjang jembatan (kPa)

L : panjang total jembatan yang dibebani (meter)

Gambar II.5 Beban Lajur “D”


Beban garis terpusat (BGT) dengan intensitas p kN/m harus ditempatkan

tegak lurus terhadap arah lalu lintas pada jembatan. Besarnya intensias p adalah 40

kN/m. Untuk mendapatkan momen lentur negatif maksimum pada jembatan


menerus, BGT kedua yang identitas harus ditempatkan pada posisi dalam arah

melintan jembatan pada bentang lainnya.

b. Distribusi Beban “D”

Beban “D” harus disusun pada arah melintang sedemikian rupa sehingga

menimbulkan momen maksimum. Penyusunan komponen BTR dan BGT dari

beban “D” secara umum dapat dilihat pada Gambar II.5. Untuk alternatif

penempatan dalam arah memanjang dapat dilihat pada Gambar II.6. Distribusi

beban hidup dalam arah melintang digunakan untuk memperoleh momen dan geser

dalm arah longitudinal pada gelagar jembatan. Hal itu dilakukan dengan

mempertimbangkan beban lajur “D” tersebar pada seluruh lebar balok tidak

termasuk parapet, kerb dan trotoar) dengan intensitas 100% untuk panjang

terbebani yang sesuai.


Gambar II.6 Alternatif Penempatan Beban “D” dalam arah memanjang


II.3.3.2 Beban Truk “T” (TT)

Beban truk “T” tidak dapat digunakan bersamaan dengan beban “D”. Beban

truk dapat digunakan untuk perhitungan struktur lantai. Adapun faktor beban yang

digunakan untuk berat mati tambahan dapat dilihat pada Tabel II.6.


Tabel II.6 Faktor Beban untuk Beban “T”


a. Besarnya Pembebanan Truk “T”

Pembebanan truk “T” terdiri dari kendaraan truk semi-trailer yang

mempunyai susunan dan berat gandar seperti terlihat dalam Gambar II.7. berat dari

tiap-tiap gandar disebarkan menjadi 2 beban merata sama besar yang merupakan

bidang kontak antara roda dengan permukaa lantai. Jarak antara 2 gandar tersebut

bisa diubah dari 4.0 m sampai 9.0 m untuk mendapatkan pengaruh terbesar pada

arah memanjang jembatan.

Gambar II.7 Pembebanan Truk “T” (500 kN)

Sumber: SNI-1725-2016 b. Posisi dan Penyebaran Pembebanan Truk “T” dalam Arah Melintang

Terlepas dari panjang jembatan atau susunan bentang umumnya hanya ada

satu kendaraan truk “T” yang bisa ditempatkan pada satu lajur lalu lintas rencana.

Untuk jembatan sangat panjang dapat ditempatkan pada satu lajur lalu lintas

rencana.


c. Bidang Kontak Kendaraan

Bidang kontak roda kendaraan yang terdiri dari satu atau dua roda

diasumsikan mempunyai bentuk persegi panjang dengan panjang 750 mm dan lebar

250 mm. Tekanan ban harus diasumsikan terdistribusi secara merata pada

permukaan bidang kontak.

II.2.4 Beban Pejalan Kaki

Semua komponen trotoar yang lebih lebar dari 600 mm harus direncanakan

untuk memikul beban pejalan kaki dengan intensitas 5 kPa dan dianggap bekerja

secara bersamaan dengan beban kendaraan pada masing-masing lajur kendaraan.

Jika trotoar dapat dinaiki maka beban pejalan kaki tidak perlu dianggap bekerja

secara bersamaan dengan beban kendaraan. Jika ada kemungkinan trotoar berubah

fungsi di masa depan menjadi lajur kendaraan, maka beban hidup kendaraan harus

diterapkan pada jarak 20 mm dari tepi dalam parapet untuk Perancangan omponen

jembatan lainnya. Dalam hal ini, faktor beban dinamis tidak perlu dipertimbangkan.

II.2.5 Beban Rem

Gaya rem harus diambil yang terbesar dari:

25 % dari berat gandar truk desain atau

5 % dari berat truk rencana ditambah beban lajur terbagi rata BTR

Gaya rem tersebut harus ditempatkan di semua lajur rencana yang dimuati

dan yan berisi lalu lintas dengan arah yang sama. Gaya ini harus diasumsikan untuk

bekerja secara horizontal padas jarak 1800 mm di atas permukaan jalan pada

masing-masing arah longitudinal dan dipilih yang paling menentukan. Untuk

jembatan yang di masa depan akan dirubah menadi satu arah maka semua lajur

rencana harus dibebani secara simmultan pada saat menghitung besarnya gaya rem.

II.2.6 Beban Angin

Tekanan angin rencana harus dikerjakan baik pada struktur jembatan

maupun pada kendaraan yang melintasi jembatan. Jembatan harus direncanakan

memikul gaya akibat tekanan angin pada kendaraan, dimana tekanan tersebut harus

diasumsikan sebagai tekanan menerus sebesar 1,46 N/mm setinggi 1800 mm.


II.2.7 Kombinasi Pembebanan

Menurut SNI-1725-2016 kombinasi beban beban ekstrem adalah sebagai

berikut:

Kuat I : Kombinasi pembebanan yang memperhitungakan gaya-gaya yang

timbul pada jembatan dalam keadaan normal tanpa

memperhitungakan beban angin. Pada keadaan batas ini, semua

gaya nimianl yang terjadi dikalikan dengan faktor beban yang

sesuai.

Kuat II : Kombinasi pembebanan yang berkaitan dengan penggunaan

jembatan untuk memikul beban kendaraan khusus yang ditentukan

pemilik tanpa memperhitungkan beban angin.

Kuat III : Kombinasi pembebanan dengan jembatan dikenai beban angin

berkecepatan 90 km/jam hingga 12 km/jam.

Kuat IV : Kombinasi pembebanan untuk memperhitungkan kemungkinan

adanya rasio beban mati dengan hidup yang besar.

Kuat V : Kombinasi pembebanan berkaitn dengan operasional normal

jembatan dengan memperhitungkan beban angin berkecepatan 90

km/jam hingga 126 km/jam.

Ekstrem I : Kombinasi pembebanan gempa. Faktor beban hidup 𝛾𝐵𝑄 yang

mempertimbangkan bekerjanya beban hidup pada saat gempa

berlangsung harus ditentukan berdasarkan kepentingan jembatan.

Ekstrem II : Kombinasi pembebanan yang meninjau kombinasi antara beban

hidup terkurangi dengan beban yang timbul akibat tumbukan kapal,

tmbukan kendaraan, banjir atau beban hidrolika lainnya kecuali

untuk kasus pembebanan akibat tumbukan kendaraan (TC). Kasus

pembebanan akibat banjir tidak boleh dikombinasikan dengan beban

akibat tumbukan kendaraan dan tumbukan kapal.

Layan I : Kombinasi pembebanan yang brkaitan dengan operasional jembatan

dengan semua beban mempunyai nilai nominal serta

memperhitungkan adnya beban angin berkecepatan 90 km/jam

hingga 126 km/jam. Kombinasi ini juga digunakan untuk

mengontrol lendutan pada gorong-gorong baja, pelat pelapis


terowongan, pipa termoplastik serta ntuk mengontrol lebar retak

struktur beton bertulang, dan juga untuk analisis tegangan tarik pada

penampang melintang jjembatan betn segmental. Kombinasi

pembebanan ini juga harus digunakan untuk inevestigasi stabilitas

lereng.

Layan III : Kombinasi pembebanan untuk mengihitung tegangan tarik pada

arah memaang jembatan beton pratekan dengan tujuan untuk

mengontrol besarnya retak dan tegngan utama tarik pada bagian

badan dari jembatan beton segmental.

Layan IV : Kombinasi pembebanan untuk mengitung tegangan tarik pada

kolom beton pratekan denga tuuan untuk mengontrol besarnya retak.

Fatik : kombinasi beban fatik dan fraktur sehubungan dengan umur fatik

akibat induksi beban yang tak tebatas.

Beban yang bekerja pada jembatan dan kombinasi pembebanan yang

diperhitungkan dalam perancangan jembatan dapat dilihat pada Tabel II.7.

Tabel II.7 Kombinasi Beban dan Faktor Beban


Keterangan:

Beban Permanen

MS = beban mati komponen struktural dan struktural jembatan

MA = beban mati perkerasan dan utilitas


TA = gaya horizontal akibat tekanan tanah

PL = gaya-gaya yang terjadi pada struktur jembatan yang disebabkan oleh

proses pelaksanaan termasuk semua gaya yang terjadi akibat perubahan statiska

yang terajdi pada konstruksi segmental

PR = prategang

Beban Transien

SH = gaya akibat susut/rangkak

TB = gaya akibat rem

TR = gaya sentrifugal

TC = gaya akibat tumbukan kendaraan

TV = gaya akibat tumbukan kapal

EQ = gaya gempa

BF = gaya friksi

TD = beban lajur “D”

TT = beban truk “T”

TP = beban pejalan kaki

SE = beban akibat penurunan

ET = gaya akibat temperatur gradien

EUn = gaya akibat temperatur seragam

EF = gaya apung

EWs = beban angin pada struktur

EWL = beban angin pada kendaraan

EU = beban arus dan hanyutan

II.3 Pelat Lantai Kendaraan

Menurut (Susanto), pelat lantai jembatan merupakan salah satu elemen

struktur jembatan yang berfungsi untuk menahan beban-beban yang berkerja, baik

beban mati dan/atau beban lalu lintas (kendaraan). Secara umum terdapat 2 tipe

pelat lantai yaitu sebagai berikut.

II.3.1 Jenis Pelat Lantai

a. Pelat Satu Arah (one way slab)


Pelat satu arah adalah pelat yang memikul momen lentur pada satu arah atau

pelat yang mengalami lendutan satu arah. Pelat lantai yang termasuk pelat satu arah

arah adalah bila perbandingan sisi panjang dan sisi pendek lebih dari atau sama

dengan 2, seperti pada persamaan di bawah. 𝑙𝑦

𝑙𝑥≥ 2 ................................................................................................................. (16)

Keterangan:

ly = sisi terpajang

lx = sisi terpendek

b. Pelat Dua Arah (two way slab)

Pelat dua arah adalah pelat yang memikul momen lentur pada dua arah (Ix

dan Iy) atau pelat yang mengalami lendutan dua arah (Ix dan Iy) atau. Pelat lantai

yang termasuk pelat duaarah arah adalah bila perbandingan sisi panjang dan sisi

pendek kurang dari 2, seperti pada persamaan di bawah. 𝑙𝑦

𝑙𝑥< 2 ................................................................................................................. (17)

II.3.2 Tebal Pelat Lantai

Berdasarkan RSNI T-12-2004, menentukan ketebalan minimum dari pelat

lantai jembatan harus memenuhi dua ketentuan sebagai berikut:

𝑡𝑠 ≥ 200 𝑚𝑚 ..................................................................................................... (18)

𝑡𝑠 ≥ (100 + 40𝐿) 𝑚𝑚 ...................................................................................... (19)

Keterangan:

L = bentang pelat lantai diukur dari pusat ke pusat tumpuan (meter)

ts = tebal pelat lantai (mm).

II.3.3 Perancangan Penulangan Pelat Lantai

II.3.3.1 Penulangan Akibat Lentur

Untuk menentukan luas tulangan tarik dan tekan pada pelat lantai jembatan

terhadap lentur harus memenuhi persyaratan Perancangan kekuatan balok terhadap

lentur (Mu ≤ ∅. 𝑀𝑛) baik untuk tulangan tunggal maupun tulangan rangkap (tarik

dan tekan). Lebar pelat lantai sama dengan 1 meter (1000 mm).


Hubungan distribusi tegangan tekan beton dan regangan dapat dianggap

dipenuhi oleh distribusi tegangan beton persegi ekivalen, yang diasumsikan bahwa

tegangan beton = 0,85 fc’ terdistribusi merata pada daerah tekan ekivalen yang

dibatasi oleh tepi tertekan terluar dari penampang dan suatu garis yang sejajar

dengan sumbu netral sejarak a = 𝛽1. 𝑐 dari tepi tertekan terluar tersebut. Jarak c dari

tepi dengan regangan tekan maksimum ke sumbu netral harus diukur dalam arah

tegak lurus tersebut. Diagram tegangan dan gaya beton bertulang ganda

ditampilkan pada Gambar II.8.

Gambar II.8 Penampang, Regangan, Gaya Balok Bertulang Lentur Ganda

Sumber: Susanto, 2013 keterangan:

h = tinggi balok (mm)

b = lebar balok (mm)

c = garis netral (mm)

𝜀𝑐 = regangan beton = 0,003

𝜀𝑠 = regangan baja tulangan tarik

𝜀𝑠′ = regangan baja tulangan tekan

a = tinggi blok tegangan persegi ekivalen (mm)

d = tinggi efektif balok, ditentukan dari serat tekan terluar sampai dengan titik

berat tulangan tarik (mm)

d’ = jarak serat tekan terluar sampai dengan titik berat tulangan tekan (mm)

Cc = gaya tekan beton (N)

Cs’ = gaya tekan baja tulangan tekan (N)

Ts = gaya tarik baja tulangan (N)


As = luas tulangan tarik (mm2)

As’ = luas tulangan tekan (mm2)

Mn = Momen nominal penampang (Nmm)

c = 𝑎

𝛽1 ............................................................................................................ (20)

fc’ ≤ 30 MPa 𝛽1 = 0,85 .................................................................................. (21)

fc’ > 30 MPa 𝛽1 = 0,85 – 0,008(fc’ – 30) ...................................................... (22)

dengan pengertian:

fc’ = mutu beton (MPa)

𝛽1 = faktor 𝛽1 tidak boleh diambil kurang dari 0,65

Dari diagram pada Gambar II.8, dengan asumsi semua baja tulangan leleh,

fs = fy , fs’ = fy

Mu ≤ ∅. 𝑀𝑛 ........................................................................................................ (23)

Mn = ∅ [0,85. 𝑓𝑐′. 𝑎. 𝑏 (𝑑 −𝑎

2) + 𝐴𝑠′. 𝑓𝑦. (𝑑 − 𝑑′)] ...................................... (24)

Karena 0,85. 𝑓𝑐′. 𝑎. 𝑏 =[𝐴𝑠 − 𝐴𝑠′]𝑓𝑦 , maka

Mn = ∅𝑐 [(𝐴𝑠 − 𝐴𝑠′)𝑓𝑦 (𝑑 −𝑎

2) + 𝐴𝑠′. 𝑓𝑦. (𝑑 − 𝑑′)]

𝐴𝑠 − 𝐴𝑠′ = (𝜌 − 𝜌′)b.d dengan nilai 𝜌 − 𝜌′ = 0,5 𝜌𝑏 ...................... (a)

Dari diagram (iii) pada Gambar II.8, dengan asumsi semua baja tulangan leleh,

Keseimbangan gaya horizontal ∑ 𝑯=0

Cc+Cs’ = Ts

0,85. 𝑓𝑐′. 𝑎. 𝑏 + 𝐴𝑠′. 𝑓𝑠′ =𝐴𝑠. 𝑓𝑦

a = [𝐴𝑠−𝐴𝑠′]𝑓𝑦

0,85.𝑓𝑐′.𝑏 .............................................................................. (b)

dengan mensubsitusikan pers (a) dan (b) ke dalam persamaan 24, maka besarnya

luas tulangan tarik dan tekan dapat ditentukan.

Pemeriksaan terhadap asumsi tulangan tekan leleh (𝜀𝑠′ ≥ 𝜀𝑦)


Gambar II.9 Regangan pada Tulangan Ganda

Sumber: Susanto, 2013 𝜀𝑠

′ : c – d’ = 𝜀𝑐 : c

𝜀𝑠′ =c – d’

𝑐𝜀𝑐 ≥ 𝜀𝑐 =𝑓𝑦

𝐸𝑠

Bila tulangan tekan belum leleh (fs’ ≠ fy),maka besarnya tegangan tulangan tekan

(fs’).

𝑓𝑠′ = 𝜀𝑠′ .Es = c – d’

𝑐𝜀𝑐. 𝐸𝑠

Dan besarnya Mu sebagai berikut:

Mn = ∅ [0,85. 𝑓𝑐′. 𝑎. 𝑏 (𝑑 −𝑎

2) + 𝐴𝑠′. 𝑓𝑠′. (𝑑 − 𝑑′)] ...................................... (25)

dengan nilai a = [𝐴𝑠.𝑓𝑦−𝐴𝑠′𝑓𝑠′]

0,85.𝑓𝑐′.𝑏

a. Rasio Penulangan

Pemeriksaan rasio penulangan untuk tulangan ganda adalah sebagai berikut:

1) Rasio penulangan minimum (𝜌𝑚𝑖𝑛)

Diambil nilai terbesar dari persamaan 26 dan persamaan 27.

𝜌𝑚𝑖𝑛 = √𝑓𝑐′

4.𝑓𝑦 ................................................................................................ (26)

𝜌𝑚𝑖𝑛 = 1,0

𝑓𝑦 ................................................................................................... (27)

2) Rasio penulangan maksimum (𝜌𝑚𝑎𝑥)

Untuk komponen struktur beton dengan tulangan tekan, bagian 𝜌𝑏 untuk

tulangan tekan tidak perlu direduksi dengan faktor 0,75

𝜌𝑚𝑎𝑥 = 0,75. 𝜌𝑏.......................................................................................... (28)

= 0,75. (0,85.𝑓𝑐′.𝛽1.600

(600+𝑓𝑦).𝑓𝑦) + 𝜌′

𝑓𝑠′

𝑓𝑦 ......................................................... (29)


3) Pemeriksaan rasio penulangan terpasang

𝜌 = 𝐴𝑠

𝑏.𝑑 .................................................................................................. (30)

Syarat rasio penulangan,

ρmin < ρ < ρmax, maka penulangan dapat digunakan.

b. Penempatan Tulangan

Jarak bersih minimum antara tulangan sejajar, seikat tulangan dan sejenisnya

tidak boleh kurang dari nilai terbesar dari tiga nilai di bawah ini.

- 1,5 kali ukuran nominal agregat

- 1,5 kali diameter tulangan

- 40 mm

Jarak bersih antar tulangan lentur (s)

s = 𝑏−(2 . 𝑝)−(2 . 𝐷𝑡𝑢𝑙.𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟)−(𝑛 . 𝐷𝑡𝑢𝑙.𝑙𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟)

𝑛−1 ....................................................... (31)

II.3.3.2 Tulangan Pembagi

Tulangan pembagi harus dipasang pada bagian bawah dengan arah

menyilang terhadap tulangan pokok seperti pada Gambar II.10. Kecuali bila

dianalisis yang lebih teliti, jumlah tulangan diambil sebagai persentase dari

tulangan pokok yang diperlukan untuk momen positif sebagai berikut:

a. Tulangan pokok sejajar arah lalu lintas:

Persentase = 55

√l (maks. 55%, min. 30%) ....................................................... (32)

b. Tulangan pokok tegak lurus arah lalu lintas:

Persentase = 110

√l (maks. 67%, min. 30%) ..................................................... (33)


Gambar II.10 Letak Tulangan Pokok dan Tulangan Bagi Sumber: Nasution, 2012

II.3.4 Perancangan Pelat Lantai Terhadap Geser

Kuat geser pada Perancangan pelat lantai harus diperhitungkan sesuai

dengan kuat geser balok (ϕVn ≥ Vu), apabila keruntuhan geser dapat terjadi

sepanjang lebar pelat lantai dan keruntuhan geser dapat terjadi pada lebar yang

cukup besar. Besarnya kuat geser pelat yang disumbangkan oleh beton bertulang

tanpa tulangan geser adalah:

𝑉𝑐 =1

6√𝑓′𝑐. 𝑏. 𝑑 .................................................................................................. (34)

Keterangan:

f’c : Mutu beton (MPa)

b : lebar pelat lantai (mm)

d : jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik (mm)

Keruntuhan geser dapat terjadi secara setempat di sekitar tumpuan atau

beban terpusat, sehingga kuat rancang geser pelat lantai harus diambil sebesar ϕVn.

Kekuatan geser nominal dari pelat lantai di mana Mv* = 0 dan nilai Vno dengan

kondisi tidak memiliki kepala geser dapat dilihat dari persamaan 35. Ilustrasi

penampang kritis dapat dilihat akibat beban truk dapat dilihat pada Gambar II.11.

𝑉𝑛𝑜 = 𝑢. 𝑑(𝑓𝑐𝑣 + 0,3𝑓𝑝𝑒) .................................................................................. . (35)

keterangan:

fcv : 16

(1 +2

𝛽ℎ) √𝑓′𝑐 ≤ 0,34√𝑓′𝑐 .................................................... (36)

d : jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tarik (mm)

u : panjang efektif dari keliling geser kritis (mm)


Gambar II.11 Penampang Kritis akibat Beban Truk

Sumber: Susanto

II.4 Struktur Jembatan Rangka Baja

a. Sifat Mekanis Baja

Sifat mekanis baja struktural yang digunakan dalam Perancangan harus

memenuhi persyaratan minimum yang diberikan pada Tabel II.8. Sifat-sifat

mekanis baja struktural lainnya dalam perancangan ditetapkan sebagai berikut:

Modulus elastisitas baja : Es = 200.000 MPa

Modulus geser : G = 80.000 MPa

Angka poisson : 𝜇 = 0,3

Koefisien pemuaian : 𝛼 = 12 × 10-6 per ᵒC Tabel II.8 Sifat Mekanis Baja Stuktural

Jenis

baja

Tegangan putus minimum

fu

[MPa]

Tegangan leleh minimum

fy

[MPa]

Peregangan

minimum

[%]

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BJ 50 500 290 16

BJ 55 550 410 13 Sumber: RSNI-T-03-2005


b. Faktor reduksi kekuatan

Faktor reduksi kekuatan ∅ diambil dari nilai-nilai yang dapat dilihat pada

Tabel II.9. Tabel II.9 Faktor Reduksi Kekuatan untuk Keadaaan Batas Ultimit

Situasi rencana Faktor reduksi

kekuatan ∅ a. Lentur b. Geser c. Aksial tekan d. Aksial tarik

1. Terhadap kuat tarik leleh 2. Terhadap kuat tarik fraktur

e. Penghubung geser f. Sambungan baut g. Hubungan las

1. Las tumpul penetrasi penuh 2. Las sudut dan las tumpul penetrasi

sebagaian

0,90 0,90 0,85

0,90 0,75 0,75 0,75

0,90 0,75

Sumber: RSNI T-03-2005

II.4.1 Perancangan Penampang Baja

II.4.1.1 Perancangan Batang Tarik

Menurut Nasution (2011), batang tarik adalah batang pada struktur yang

menerima gaya tarik aksial murni dan umumnya terdapat pada struktur rangka

batang.

Komponen struktur yang memikul gaya aksial terfaktor (Nu) harus

memenuhi persamaan di bawah ini.

𝑁𝑢 ≤ 𝜙𝑁𝑛 ......................................................................................................... (37)

Kuat tarik rencana 𝜙𝑁𝑛 ditentukan oleh dua kondisi batas yang mungkin

dialami batang tarik, yaitu dengan mengambil nilai terendah diantara persamaan 38

dan persamaan 39.

a. Kondisi leleh sepanjang batang

𝜙𝑁𝑛 ≤ 0,9𝐴𝑔 × 𝑓𝑦 ........................................................................................ (38)

b. Kondisi fraktur pada daerah sambungan

𝜙𝑁𝑛 ≤ 0,75𝐴𝑒 × 𝑓𝑢 ...................................................................................... (39)

Keterangan:

fy = tegangan leleh baja (MPa);


fu = kekuatan (batas) tarik baja (MPa);

Ag = luas penampang kotor (mm2);

Ae = luas penampang efektif (mm2).

Penampang efektif 𝐴𝑒 diperhitungkan karena pada daerah sambungan

terjadi perlemahan akibat:

a. Shear lag sehingga luas efektif harus direduksi dengan koefisien U.

b. Pengurangan luas penampang karena pelubangan sehingga yang dipakai pada

daerah ini adalah luas bersih An.

Dalam analisis kondisi batas fraktur digunakan luas penampang efektif Ae

seperti pada persamaan 40 untuk mengantisipasi shear lag.

Ae = A.U ............................................................................................................. (40)

keterangan:

U= 1- xL

≤ 0,9 ....................................................................................................... (41)

U : koefisien reduksi

Harga U dibatasi 0,9; namun dapat diambil lebih besar dari nilai ini, apabila

dapat dibuktikan dengan kriteria yang dapat diteriam.

x : eksentrisitas sambungan (mm)

L : panjang sambungan dalam arah gaya, yaitu jarak terjauh antara 2 baut pada

sambungan (mm)

A : harga luas penampang yang ditentukan menurut kondisi elemen tarik yang

disambung

Luas penampang bersih An, apabila gaya tarik disalurkan oleh baut dapat

dihitung dengan persamaan 42 dan 43 sesuai dengan kondisi pada Gambar II.12.

Gambar II.12 Gaya Tarik Disalurkan Baut


Sumber: RSNI T-03-2005

Potongan 1-3 : A= Ant=Ag-n d t ................................................ (42)

Potongan 1-2-3 : A= Ant= Ag-ndt+ ∑s2t4u

...................................... (43)

Keterangan:

Ag : luas penampang bruto (mm2)

t : tebal penampang (mm)

d : diameter lubang baut (mm)

s : jarak antara sumbu lubang antara dua lubang yang bersebelahan pada arah

sejajar sumbu komponen struktur (mm)

u : jarak antara sumbu lubang pada arah tegak lurus sumbu komponen struktur

(mm)

Penampang perlu dilakukan pemeriksaan terhadap kelangsingan tarik.

Batasan kelangsingan yang dianjurkan dalam peraturan ditentukan berdasarkan

pengalaman, engineering judgement dan kondisi – kondisi praktis untuk:

1. Menghindari kesulitan handling dan meminimalkan kerusakan dalam fabrikasi,

transportasi dan tahap konstruksi.

2. Menghindari kendor (sag yang berlebih) akibat berat sendiri batang.

3. Menghindari getaran.

Kelangsingan penampang dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

l =L

rx/ry ................................................................................................................ (44)

𝐿 = panjang batang tarik

𝑟 = jari-jari girasi

Batasan kelangsingan 𝜆 ditentukan dari persamaan berikut:

𝜆 ≤ 240 untuk komponen utama ........................................................................ (45)

𝜆 ≤ 300 untuk komponen sekunder ................................................................... (46)

II.4.1.2 Perancangan Batang Tekan

Komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban

terfaktor, (Nu) harus memenuhi persamaan 47.

𝑁𝑢 ≤ 𝜙𝑁𝑛 ......................................................................................................... (47)

Keterangan:


∅ : Faktor reduksi 0,85.

Nn : Kuat tekan nominal komponen struktur tekan (N).

Perbandingan kelangsingan dengan ketentuan sebagai berikut:

a. Kelangsingan elemen penampang

𝜆 < 𝜆𝑟 ........................................................................................................... (48)

b. Kelangsingan komponen struktur tekan

𝜆 =𝐿𝑘

𝑟≤ 140 ................................................................................................ (49)

Kuat tekan nominal Nn, dari komponen struktur tekan dengan elemen-

elemen penampangnya mempunyai rasio lebar-tebal, 𝜆𝑟, lebih kecil dari yang

ditentukan dalam Tabel 4 RSNI T-03-2005, ditentukan sebagai berikut:

𝑁𝑛 = (0,66λc2)𝐴𝑔𝑓𝑦 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝜆𝑐 ≤ 1,5 ................................................................ (50)

𝑁𝑛 =(0,88)

λc2 𝐴𝑔𝑓𝑦 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝜆𝑐 ≥ ,5 .......................................................................... (51)

𝜆𝑐 =𝐿𝑘

𝑟𝜋√

𝑓𝑦

𝐸 .......................................................................................................... (52)

𝐿𝑘 = 𝑘𝑐𝐿 ............................................................................................................. (53)

Keterangan:

Ag : Luas penampang bruto (mm2)

fy : Tegangan leleh baja (MPa)

λc : Parameter kelangsingan

kc : Faktor panjang tekuk untuk komponen struktur jembatan rangka seperti

pada Tabel II.10.

L : Panjang teoritis kolom (mm)

E : modulus elastisitas baja (MPa)


Tabel II.10 Faktor Panjang Efektif Kolom Tak Bergoyang Kolom Bergoyang

Bentuk Tekuk

Faktor panjang

efektif (k)

0.70 0.85 1.00 1.2 2.2 2.2

Simbol untuk

keadaan penahan

ujung

= Rotasi terjepit, translasi terjepit

= Rotasi bebas, translasi terjepit

= Rotasi terjepit, translasi bebas

= Rotasi bebas, translasi bebas Sumber: RSNI T-03-2005

II.4.1.3 Perancangan Gelagar Melintang

Gelagar melintang yang dirancang menggunakan baja profil IWF dengan

analisis balok lentur murni. Beban gravitasi yang bekerja pada balok tumpuan

menyebabkan balok tersebut melentur ke bawah, dengan bagian atas balok tertekan.

Pada umumnya, balok yang mempunyai dimensi tinggi lebih besar dibanding

lebarnya, maka momen inersia bagian yang tertekan terhadap sumbu vertikal

(sumbu y) akan lebih kecil dibandingkan momen inersia terhadap sumbu x. Balok

akan mengalami tekuk lateral apabila tidak diberikan sokongan lateral terhadap

sumbu y pada balok, seperti pada Gambar II.13.


Gambar II.13 Balok akibat Momen Lentur

Sumber: Moeljono, 2009

Perancangan balok baja didasarkan pada teori elastis. Beban maksimum yang

dapat dipikul oleh suatu struktur mencapai tegangan lelehnya. Elemen

direncanakan dengan baik sesuai kaidah perancangan sehingga tegangan lentur

akibat beban layan tidak melampaui tegangan leleh dengan faktor keamanan.

a. Perancangan balok akibat momen lentur

Pada balok dengan tumpuan sederhana dengan bentang yang cukup

panjang maka balok tersebut akan melentur ke bawah, dengan bagian atas

tertekan dan bagian bawah tertarik.

b. Pradimensi

Proses ini merupakan proses pemilihan dimensi dari balok yang akan

digunakan. Momen yang digunakan adalah momen dalam kondisi plastis.

𝑀𝐷𝐿 ≤ 𝜙. 𝑀𝑛 .............................................................................................. (54)

𝑀𝑛 = 𝑀𝑝 = 𝑓𝑦. 𝑍𝑥 ..................................................................................... (55)

Untuk profil IWF modulus plastis penampangnya sesuai dengan persamaan 56.

𝑍𝑥 = 1,12. 𝑆𝑥 .............................................................................................. (56)

Dengan mensubsitusikan persamaan 55 pada persamaan 56 dan 54, maka

didapatkan rumus sebagai berikut.

𝑆𝑥 =𝑀𝐷𝐿

𝑓𝑦.1,12.𝜙 ............................................................................................... (57)

Keterangan:

MDL = Momen akibat beban mati (Nmm);

Mn = Mp = Kuat lentur nominal balok (Nmm);

Zx = Modulus plastis penampang (cm3);

Sx = Modulus elastis penampang (cm3);


fy = Tegangan leleh yang digunakan dalam desain (MPa);

𝜙 = Faktor reduksi kekuatan.

c. Pemeriksaan kekuatan

Pemeriksaan kekuatan profil perlu dihitung dengan memperhatikan syarat-

syarat sebagai berikut:

1) Bila penampang kompak

Syarat 𝜆 < 𝜆𝑝

𝑀𝑛 = 𝑀𝑝 = 𝑓𝑦. 𝑍 ................................................................................ (58)

2) Bila penampang tidak kompak

Syarat 𝜆𝑝 < 𝜆 < 𝜆𝑟

𝑀𝑛 = 𝑀𝑦 = 𝑀𝑝 − (𝑀𝑝 − 𝑀𝑟)𝜆−𝜆𝑝

𝜆𝑟−𝜆𝑝 .................................................. (59)

3) Bila penampang langsing

Syarat 𝜆𝑟 < 𝜆

𝑀𝑛 = 𝑀𝑟 (𝜆𝑟

𝜆)

2

..................................................................................... (60)

Besarnya nilai 𝜆, 𝜆𝑝, 𝜆𝑟 ditetapkan sebagai berikut:

𝜆 =𝑏

𝑡𝑓 (untuk plat flens) ....................................................................... (61)

𝜆 =𝑏

2.𝑡𝑓 (untuk profil IWF dan kanal) .................................................. (62)

𝜆 =𝑏

𝑡𝑤 (untuk plat badan) ..................................................................... (63)

𝜆 =170

√𝑓𝑦 ................................................................................................. (64)

𝜆 =370

√𝑓𝑦−𝑓𝑟 ............................................................................................ (65)

Keterangan:

Mn = Kuat lentur nominal balok (Nmm);

My = Mp = Momen lentur yang menyebabkan seluruh penampang

mengalami tegangan leleh (Nmm)

Mr = Momen batas tekuk (Nmm)

𝜆 = kelangsingan atau kekakuan

𝜆𝑝 = Batas maksimum kelangsingan untuk penampang kompak

𝜆𝑝 = Batas maksimum kelangsingan untuk penampang tak kompak


𝑡𝑤 = Tebal pelat badan (mm)

𝑡𝑓 = Tebal pelat sayap (mm)

d. Pemeriksaan stabilitas

Pemeriksaan stabilitas perlu dilakukan dengan memperhatikan syarat

sebagai berikut:

a. Bila penampak termasuk bentang pendek (Zona 1)

Syarat 𝐿 < 𝐿𝑝

𝑀𝑛 = 𝑀𝑝 = 𝑓𝑦. 𝑍𝑥 .............................................................................. (66)

b. Bila penampak termasuk bentang menengah (Zona 2)

Syarat 𝐿𝑝 < 𝐿 < 𝐿𝑟

𝑀𝑛 = 𝐶𝑏 [𝑀𝑝 − (𝑀𝑝 − 𝑀𝑟)𝐿𝑟−𝐿

𝐿𝑟−𝐿𝑝] .................................................... (67)

c. Bila penampak termasuk bentang panjang (Zona 3)

Syarat 𝐿𝑟 < 𝐿𝑏

𝑀𝑛 = 𝑀𝑐𝑟 = 𝐶𝑏.𝜋

𝐿𝑏. √𝐸. 𝐼𝑦. 𝐺. 𝐽 + (

𝜋×𝐸

𝐿𝑏) 𝐼𝑦. 𝐼𝑤 ................................ (68)

𝐶𝑏 =12,5.𝑀𝑚𝑎𝑥

2,5.𝑀𝑚𝑎𝑥+3.𝑀𝑎+4.𝑀𝑏+3.𝑀𝑐≤ 2,3.................................................... (69)

Mmax adalah momen terbesar dalam segmen tanpa sokongan suatu balok,

sedangkan Ma, Mb dan Mc masing-masing adalah momen pada jarak ¼,

½, dan ¾ segmen.

Keterangan:

Cb = Koefisien pengali tekuk torsi lateral

G = Modulus geser elastis baja = 80.000 MPa

E = Modulus elastisitas baja = 200000 MPa

J = Konstanta puntir torsi (mm4)

Iw = Konstanta puntir lengkung (mm4)

Iy = Moen inersia sebuah elemen pada komponen struktur tersusun terhadap

sumbu Y-Y (mm4)

Lp = Panjang bentang maksimum (mm)

Lb = Panjang bentang antara dua pengekang lateral (mm)

Lr = Panjang bentang minimum (mm)


Dalam Gambar II.14 diperlihatkan kurva yang menghubungkan besar momen

tekuk atau momen tahanan nominal balik terhadap panjang jarak sokongan lateral.

Gambar II.14 Kurva Hubungan Besar Momen Tekuk


Dari Gambar II.14 momen nominal sebagai fungsi dari panjang tanpa

sokongan pada flens tekan terlihat bahwa balok mempunyai tiga daerah tekuk

tergantung pada kondisi sokongan lateral yang diberikan. Jika pada balok diberikan

sokongan lateral menerus atau pada jarak yang pendek, maka balok akan menekuk

secara plastis dan termasuk dalam tekuk Zona 1.

Dengan bertambahnya jarak sokongan lateral, balok akan runtuh secara

inelastis pada momen yang lebih kecil dan termasuk dalam tekuk Zona 2, demikian

seterusnya bila jarak sokong lateral ditambah terus, balok akan runtuh secara elastis

dan termasuk dalam tekuk Zona 3.

Besar batasan jarak sokong lateral Lp dan Lr ditentukan pada Tabel 8 RSNI

T-03-2005 dengan rumus:

Untuk profil IWF dan kanal:

𝐿𝑝 = 1,76. 𝑟𝑦. √𝐸

𝑓𝑦 .............................................................................................. (70)

𝐿𝑟 = 𝑟𝑦. [𝑋1

𝑓𝐿] √1 + √1 + 𝑋2. 𝑓𝐿

2 ....................................................................... (71)

dengan:

𝑓𝐿 = 𝑓𝑦 − 𝑓𝑟 .......................................................................................................... (72)

𝑋1 =𝜋

𝑍𝑥√

𝐸.𝐺.𝐽.𝐴

2 ................................................................................................. (73)

𝑋2 = 4 (𝑍𝑥

𝐺.𝐽)

2

.𝐼𝑤

𝐼𝑦 ............................................................................................... (74)


𝑟𝑦 = √𝐼𝑦

𝐴 = Jari-jari girasi sumbu lemah ............................................................ (75)

𝐼𝑤 =1

12(ℎ𝑤). (𝑡𝑤) = konstanta puntir lengkung ............................................... (76)

𝐽 =1

3[(ℎ. 𝑡𝑓3) + (2. 𝑏. 𝑡𝑤3)] = konstanta puntir torsi ....................................... (77)

II.4.1.4 Perancangan Gelagar Komposit

Pada perancangan struktur balok komposit, terlebih dahulu mengetahui

ketentuan umum untuk perancangan balok komposit dan batang lentur, menentukan

balok kompak atau tidak kompak, momen nominal balok, kuat lentur balok, dan

kuat geser balok.

Lebar efektif pelat lantai ditentukan dari nilai terkecil dari

- 1/5 bentang balok

- Jarak antar balok

- 12 kali tebal pelat lantai

a. Kuat lentur positif

Kuat lentur positif berdasarkan distribusi tegangan plastis dapat dibagi

menjadi dua kategori umum, yaitu sumbu netral plastis (PNA) terjadi pada beton

(slab) dengan asumsi nilai a < ts dan sumbu netral plastis terletak pada penampang

baja. Bila PNA terletak pada penampang baja, perhitungan kuat lentur positif Mn

akan berbeda tergantung pada apakah PNA itu terdapat pada pelat sayap atau pada

pelat badan. dengan asumsi nilai a > ts.

1) Kekuatan lentur positif sumbu netral plastis (PNA) di daerah beton

Sumbu netral plastis terletak di daerah beton ditampilkan pada Gambar II.15.


Gambar II.15 Garis Netral Plastis di Daerah Beton


Untuk kuat lentur positif dihitung berdasarkan distribusi tegangan

plastis, gaya tekan beton C dihitung berdasarkan nilai terkecil dari persamaan

berikut:

C = As × fy ............................................................................................... (78)

C = 0,85 × f’c × Ac ................................................................................. (79)

C = Qn ..................................................................................................... (80)

Keterangan:

As adalah luas penampang profil baja

fy adalah tegangan leleh profil baja

f’c adalah kuat tekan karakteristik beton

Ac adalah luas penampang beton

Qn adalah jumlah kekuatan penghubung-penghubung geser yang dibatasi

oleh momen maksimum dan momen nol

Pada balok komposit penuh, besarnya gaya tekan beton C ditentukan

oleh nilai terkecil dari persamaan 78 dan 80. Hal ini menyatakan bahwa nilai

C seringkali dibatasi oleh kekuatan dari balok bajanya sendiri. Karena itu,

nilai C hanya ditentukan oleh besarnya As x fy (persamaan 78). Sehingga nilai

gaya tekan beton dapat dirumuskan sebagai berikut:

C = As× fy = 0,85× fc’× bE× a ................................................................ (81)

Dari rumus kuat lentur tersebut dapat ditentukan nilai a, dengan rumus

sebagai berikut:

a = As× fy

0,85× fc’× bE ............................................................................................. (82)


Pada balok komposit parsial, nilai Qn membatasi besarnya gaya tekan beton

C. Sehingga nilai gaya tekan beton dapat dirumuskan sebagai berikut:

C = Qn = 0,85 . f’c . bE . a ....................................................................... (83)

a = Qn

0,85 . f′c . bE ......................................................................................... (84)

Sehingga, perhitungan kuat lentur nominalnya yaitu:

Mn = Mp = C . d1 = T . d 1= As . fy . (d

2+ tc −

a

2) .................................. (85)

Kuat lentur rencana : b . Mn.................................................................... (86)

2) Kekuatan lentur positif sumbu netral plastis terletak di bagian sayap atas

profil baja

Sumbu netral plastis terletak di bagian sayap atas profil baja ditunjukkan pada

Gambar II.16.

Gambar II.16 Garis Netral Plastis di Bagian Sayap Atas Profil


Kasus ini terjadi bila : Co > To

dengan:

Co = 0,85 . f’c . bE . a + Af . fy ................................................................. (87)

To = fy . ( As – Af ) .................................................................................. (88)

dengan pengertian:

Af adalah luas pelat sayap atas

Jarak dari garis netral plastis ke serat atas pelat sayap atas baja (y’), dapat

dihitung melalui persamaan keseimbangan gaya C dan T:

C = T = Cc + Cs(97) .................................................................................. (89)

= 0,85 . f’c. bE. a + bf . y’. fy ...................................................... (90)


Maka, y’ = As . fy−(0,85 . f′c . bE . a)

bf . fy ........................................................ (91)

Kuat lentur nominal dihitung sebagai momen lentur yang dihitung terhadap

garis netral plastis :

Mn = Mp = Cc . d2’ + Cs . d2”.................................................................. (92)

dengan:

d2’ = d – y – y’/2 ....................................................................................... (93)

d2” = d – y + tc – a/2 ................................................................................. (94)

y = As .

d

2 − bf . y′. (d−

y′

2)

As−bf . y′ ........................................................................... (95)

Kuat lentur rencana : b . Mn

3) Kekuatan lentur positif sumbu netral plastis terletak di bagian badan profil

baja

Sumbu netral plastis terletak di bagian badan profil baja ditunjukkan pada

Gambar II.16.

Gambar II.17 Garis Netral Plastis di Bagian Badan Profil


Pada Gambar II.17 bekerja gaya tekan Cc (pada slab beton) dan Cs (pada profil

baja), dengan rumus sebagai berikut :

Cc = 0,85 . f’c . bE . a ............................................................................... (96)

Cs = Asc . fy = (As – Ast ) . fy ................................................................. (97)

dengan pengertian:

Asc adalah luas profil baja yang tertekan

Ast adalah luas profil baja yang tertarik

Dengan prinsip keseimbangan, diperoleh rumus:

T’ = T – Cs = As . fy – Asc . fy ................................................................. (98)


atau

T’ = Cc + Cs ....................................................................................... (99)

Maka gaya tekan pada baja Cs dirumuskan sebagai berikut:

Cs = As . fy – T’ = As . fy – Cc – Cs .................................................. (100)

Cs = As . fy−Cc

2 = As . fy−0,85 .f′c . bE . t

2 ............................................... (101)

Kuat tarik nominal dapat dihitung sebagai momen terhadap garis kerja gaya

tarik, T :

Mn = Mp = Cc . d2’ + Cs . d2” ............................................................... (102)

dengan :

d2” = d – y – y1 (116)

d2” = d – y + ts – a/2 ............................................................................... (103)

y = As .

d

2 − (Af . (d−

tf

2)+y′. tw . (d−tf−

y′

2)

As−(Af+y′ . tw) .............................................. (104)

y1 = Af .

tf

2 + tf + y′. tw . (tf+

y′

2)

Af + y′. tw ............................................................... (105)

As = bf . tf ................................................................................................ (106)

Kuat lentur (positif) rencana : b . Mn

II.4.2 Perancangan Sambungan

II.4.2.1 Sambungan Baut

Ada dua jenis baut mutu tinggi yang ditetapkan ASTM yaitu A325 dan A490.

Baut A325 terbuat dari baja karbon sedang dengan kekuatan leleh (yield strength)

dari 560 sampai dengan 630 MPa, sedangkan baut A490 terbuat dari baja alloy yang

mempunyai kekuatan leleh mendekati 790 sampai dengan 900 MPa. Tabel II.11

ditampilkan tipe-tipe baut dengan diameter, proof load dan kuat tarik minimumnya.

Ukuran baut terdapat pada Tabel II.12 dan diilustrasikan pada Gambar II.18. Tabel II.11 Tipe-Tipe Baut

Tipe baut

Diameter (mm)

Proof stress (MPa)

Kuat tarik min (MPa)

A307 6,35 – 10,4 - 60 A325 12,7 – 25,4

28,6 – 38,1 585 510

825 725

A490 12,7 – 38,1 825 1035 Sumber: Setiawan, 2008


Tabel II.12 Ukuran Baut ASTM A325 dan A490

Sumber: Specification for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts

Gambar II.18 Ilustrasi Baut ASTM A325 dan A490

Sumber: Specification for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts

a. Kekuatan Nominal Baut (Rn)

Rn adalah besarnya daya dukung satu baut pada sambungan tersebut yang

tergantung dari diameter dan mutu baut, tebal pelat dan mutu pelat yang disambung

serta tipe sambungan terhadap gaya geser yang bekerja. Sehingga kekuatan nominal

baut harus ditinjau terhadap tiga kemungkinan kerusakan sebagai berikut:

- Pada baut putus, kekuatan sambungan dihitung terhadap kekuatan geser

penampang baut. Pada kekuatan ini sambungan baut dibagi menjadi dua tipe

geser, yaitu:

1) Geser tunggal dengan luas penampang bidang geser sama dengan satu kali luas

penampang baut;

2) Geser ganda dengan luas bidang geser (m) kali luas penampang baut.

- Pada pelat rusak, kekuatan baut dihitung terhadap kekuatan tumpu (desak)

bagian paling tipis dari pelat yang disambung.


- Pada pelat putus, sudah diperhitungkan pada perancangan dimensi batang,

sehingga pada kekuatan sambungan tidak perlu ditinjau.

Sambungan baut dinyatakan aman bila memenuhi syarat: Besar beban terfaktor

Ru harus lebih kecil dari besar kekuatan nominal baut Rn tereduksi, yang

dinyatakan dengan rumus:

𝑅𝑢 ≤ ∅𝑅𝑛 ........................................................................................................ (107)

Dengan Rn adalah tahanan nominal baut sedangkan ∅ adalah faktor reduksi

sambungan baut.

Tahanan nominal baut ditentukan dari nilai terkecil dari:

- Kuat geser nominal baut

Kuat geser nominal yang diberikan oleh satu buah baut yang mengalami

geser pada penampangnya adalah:

𝑅𝑛 = 𝑚. 𝑟1. 𝑓𝑢𝑏. 𝐴𝑏 ............................................................................ (108)

dengan:

m = jumlah bidang geser (Gambar II.19)

r1 = 0,5 untuk bidang geser baut tak berulir

= 0,4 untuk bidang geser baut berulir

Fub = kuat tarik putus baut (MPa)

Ab = luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (mm2)

Gambar II.19 Ilustrasi Bidang Geser Baut

- Kuat tumpu nominal baut

Kuat tumpu nominal tergantuk kepada kondisi terlemah antara baut dan

pelat/batang yang disambung, dihitung dengan cara sebagai berikut:

𝑅𝑛 = 𝑛. 𝑑𝑏. 𝑡𝑝. 𝑓𝑢𝑝 .............................................................................. (109)

dengan:

n = 2,4 berlaku untuk semua jenis lubang baut


db = diameter baut bagian tidak berulir (mm)

tp = tebal pelat/batang terkecil (mm)

Fup = nilai terkecil dari tegangan kuat tarik putus baut/batang/pelat (MPa)

b. Sambungan baut yang menahan beban sentris

Sambungan baut dimana garis kerja beban bekerja melalui titik berat susunan

baut, sehingga susunan baut dapat diperhitungkan adanya beban yang diterima

secara merata pada setia baut. Ilustrasi sambungan ini dapat dilihat pada

Gambar II.20.

Gambar II.20 Sambungan Baut Tahanan Beban Sentris


Pada sambungan ini merupakan analisa kekuatan sambungan yang paling

sederhana, dengan sifat beban yang sentris pada sambungan ini, jumlah

kebutuhan baut yang diperlukan dapat dihitung langsung dengan asumsi

seluruh jumlah baut yang ada menerima beban yang bekerja sama rata, dengan

rumus:

𝑛 =𝑁𝑢

𝑅𝑛.∅ ..................................................................................................... (110)

dimana:

Nu = Beban kerja terfaktor (N)

Rn = Kekuatan nominal baut

∅ = Faktor reduksi kekuatan (Tabel II.9)

𝑛 = jumlah baut yang diperlukan (buah)

Bila terdapat jumlah baut lebih dari enam-, maka baut harus dipasang lebih dari

satu baris arah garis kerja beban yang bekerja.

c. Sambungan Eksentris Akibat Geser Murni

Sambungan eksentris menahan geser murni ditunjukkan pada Gambar II.21.


Gambar II.21 Sambungan Eksentris Mehanan Geser Murni


Jenis sambungan ini sering disebut dengan sambungan konsol, P bekerja

sejauh (e) dari titik berat susunan baut (Titik Z), sehingga pada penampang

baut timbul beban M = P. e yang bekerja sejajar dengan bidang pasang

sambungan.Akibat beban kerja P dan momen M, penampang baut tergeser

longsor ke bawah dan berputar dengan titik putar (titik netral ) di titik Z. Maka

pada seluruh baut terjadi gaya geser, dengan titik baut yang paling kritis adalah

baut yang paling jauh dari titik netral Z, yaitu bekerja gaya geser sebesar.

Untuk dapat memikul beban-beban pikul baut maka gaya eksentris

dipindahkan ke titik berat pola baut sehingga menjadi momen kopel. Oleh

karena gaya (P) terpusat dan momen kopel (M) yang bekerja pada kelompok

baut maka gaya pikul baut ditinjau akibat:

1) Pengaruh akibat P

Akibat beban P sambungan akan longsor ke bawah, seluruh beban

menerima gaya geser merata sebesar:

𝐾𝑝 =𝑁𝑢

𝑛 ............................................................................................. (111)

2) Pengaruh akibat M

Akibat beban M yang bekerja di titik Z maka pada titik-titik penampang

baut terjadi gaya kopel (Ki), seperti pada Gambar II.20, dapat diuraikan

sebagai berikut:

M = K1 . r1 + K2 . r2 + K3 . r3 + ...... + Kn . rn

Dimana besar r1, r2, r3, rn adalah sama

Maka:


𝐾1

𝑟1=

𝐾2

𝑟2=

𝐾3

𝑟3=

𝐾𝑛

𝑟𝑛

Didapat:

𝐾1 = 𝑟1𝐾𝑛

𝑟𝑛; 𝐾2 = 𝑟2

𝐾𝑛

𝑟𝑛;...... dst

Jadi:

M = 𝐾𝑛

𝑟𝑛(𝑟12 + 𝑟22 + 𝑟32 + 𝑟𝑛2) = (

𝐾𝑛

𝑟𝑛) ∑ 𝑟𝑖2 ................................ (112)

Maka:

Kn = 𝑀.𝑟𝑛

∑ 𝑟𝑖2𝑛𝑖=1

......................................................................................... (113)

ri = √(x12 + y22) ............................................................................. (114)

selanjutnya Kn dapat diuraikan menjadi Knx dan Kny,

Knx = 𝑀.𝑦𝑖

∑(𝑥𝑖2+𝑦𝑖2) .................................................................................. (115)

Kny = 𝑀.𝑥𝑖

∑(𝑥𝑖2+𝑦𝑖2) .................................................................................. (116)

Kr = √Knx2 + (K𝑛𝑦 + Kp)

2 .............................................................. (117)

Syarat yang harus dipenuhi :

KrMAX < ∅𝑅𝑛 (Nilai minimum dari Persamaan 108 dan 109)

d. Sambungan Eksentris Akibat Geser Lentur

Ilustrasi sambungan eksentris menahan geser lentur ditampilkan pada Gambar

II.22.

Gambar II.22 Diagram Tegangan Sambungan Eksentris yang Menahan Geser Lentur

Perhitungan sambungan eksentris menahan geser lentur adalah sebagai berikut:


Gaya geser akibat beban terfaktor = Vu

Momen akibat beban terfaktor = Mu

Diameter baut = db

Tegangan tarik putus baut = fub

Jarak antara baut = a

Jumlah baut dalam satu baris = nx

Jumlah baris baut = ny

Faktor reduksi kekuatan tarik baut = Øt = 0,75

Faktor reduksi kekuatan geser baut = Øy = 0,75

Tegangan leleh plat = fy

Tegangan tarik putus plat = fup

Lebar plat sambung = b

Tebal minimum plat = t

1) Letak Garis Netral

Gambar II.23 Diagram Tegangan Sambungan Eksentris akibat Geser Lentur

Jumlah baut total = n = nx . ny........................................................................ (118)

Tinggi plat sambung = h = ny . a ................................................................... (119)

Lebar plat sambung ekivalen sebagai pengganti baut tarik (δ):

δ = nx . (π / 4 . db2 ) / a ...................................................................................... (120)

Lebar efektif plat sambung bagian tekan = b’ = 0,75 . b ................................ (121)

Misal garis netral terletak pada jarak x dari sisi atas plat sambung

Momen statis luasan terhadap garis netral :

½ . b' . (h - x)2 = ½ . δ . x2

(b' - δ) / 2 . x2 - b' . h . x + ½ . b' . h2 = 0

(b' - δ) / 2 . x2 - b' . h . x + ½ . b' . h2 = 0 (persamaan kuadrat dalam x)

1

3

2


Ax = (b' - δ) / 2 .................................................................................................. (122)

Bx = -b’. h ........................................................................................................ (123)

Cx = ½ . b' . h2 .................................................................................................. (124)

Dx = Bx2 – 4 . Ax . Cx ...................................................................................... (125)

x = ( - Bx - √Dx ) / ( 2 . Ax ) ........................................................................... (126)

2) Tegangan Yang Terjadi Pada Baut

σ1 = 3 . Mu / [ (h – x)3 / x . b’ + x2 . δ ] ............................................................ (127)

σ3 = (h – x) / x . σ1 ........................................................................................... (128)

σ2 = (x – a / 2) / x . σ1 ...................................................................................... (129)

3) Gaya Tarik Pada Baut

Gaya tarik yang terjadi pada baut baris teratas = Tu = σ2 . a . δ .................... (130)

Gaya tarik yang ditahan satu baut = Tu1 = Tu / nx ......................................... (131)

Luas penampang baut = Ab = π / 4 . db2 ......................................................... (132)

Tahanan tarik nominal satu baut = Tn = 0,75 . Ab . fub .................................. (133)

Tahanan tarik satu baut = Øt . Tn ................................................................... (134)

Syarat yang harus dipenuhi:

Tu1 ≤ Øt . Tn

4) Gaya Geser Pada Baut

Gaya geser yang ditahan satu baut = Vs1 = Vu / n.......................................... (135)

Jumlah bidang geser = m

Faktor pengaruh ulir pada bidang geser = r1

Luas penampang baut = Ab = π / 4 . db2 .......................................................... (136)

Tahanan geser nominal baut = Vn = r1 . m . Ab . fub ...................................... (137)

Tahanan geser baut = Øf .Vn .......................................................................... (138)


Vs1 ≤ Øf . Vn

5) Gaya Tumpu Pada Baut

Gaya tumpu yang ditahan satu baut = Rs1 = Vs1


Tahanan tumpu nominal = Rn = 2,4 . db . t . fuP ............................................ (139)

Tahanan tumpu = Øf . Rn ............................................................................... (140)


Rs1 ≤ Øf . Rn

6) Kombinasi Geser dan Tarik

Konstanta tegangan = f1 = 807 Mpa (A325); 1010 MPa (A490)

Konstanta tegangan, f2 = 621 MPa (A325); 779 MPa (A490)

Faktor pengaruh ulir, r2 = 1,9 (dibidang geser); 1,5 (diluar bidang geser)

Tegangan geser yang terjadi = fUV = Vu / (n . Ab) ......................................... (141)

Tegangan geser baut = Øf . r1 . m . fub ............................................................ (142)


fUV ≤ Øf . r1 . m . fub

Gaya tarik yang terjadi = Tu1

Tahanan tarik baut = Øf . Tn = Øf . f1 . Ab ................................................... (143)


Tu1 ≤ Øf . Tn

Tengangan tarik = ft = 0,75 . fub ...................................................................... (144)

Nilai tegangan tarik kombinasi = f1 – r2 . fUV .................................................. (145)


ft ≤ f1 – r2 . fUV


ft ≤ f2

II.4.2.2 Sambungan Las

Ketebalan Rencana Las sudut (tw) adalah tebal penampang retak las yaitu

daerah bagian las yang memungkinkan terjadinya kerusakan akibat beban kerja

untuk perhitungan dalam menentukan kekuatan nominal las sudut. ditetapkan pada

buku 7 BMS dalam sebagai berkut: Ukuran minimum las sudut, selain dari las sudut yang digunakan untuk

memperkuat las tumpul, harus sesuai Tabel II.13, kecuali bahwa ukuran las tidak

boleh melebihi tebal bagian lebih tipis dalam sambungan.


Tabel II.13 Ukuran Minimum Las Sudut

Thickness of Thickest Part Tebal bagian paling Tebal

t mm

Minimum Size of a Fillet weld Ukuran Minimum Las Sudut

tw mm t < 7

7 < t < 10 10 < t < 15 15 < t < 20 20 < t < 20 40 < t < 60 60 < t < 60

3 4 5 6 8

10 12

Sumber: Buku bahan ajar struktur baja jembatan POLBAN

Kekuatan las dinyatakan dalam kekuatan las tiap satuan panjang las yang

kekuatannya tergantung dari tebal las, mutu bahan yang dilas dan mutu bahan isian

(elektroda) yang digunakan. Dengan besarnya kekuatan nominal pada las sudut

dihitung sebagai berikut:

a. Kekuatan Nominal Las Sudut

Bila sambungan las dibebani dengan gaya terfaktor terhadap luas efektif

bidang Las:

Rnw = . (0,6.fy.) (tw) pada bahan yang disambung .............................. (147)

Dan

Rnw = . (0,6 .fuw) (tw) pada bahan las ..................................................... (148)

Keterangan:

= Faktor reduksi kekuatan las sudut = 0,75 (Tabel II.8)

fuw = Tegangan ijin las = 0,6 . Fu atau 0,75 . Fu

tw = Tebal las efektif (mm)

Ilustrasi las sudut ditampilkan pada Gambar II.24.

Gambar II.24 Sambungan dengan Las Sudut



Bila garis kerja gaya yang bekerja tidak melalui titik berat penampang

kelompok alat sambung, atau bekerja beban momen. Pada jenis sambungan ini

dibedakan menjadi dua tipe sambungan yaitu sebagai berikut:

- Sambungan eksentris menahan geser lentur

Pada Alat sambung Las mengalami tegangan tarik lentur dengan titik putar

didaerah bagian pelat yang disambung yang mengalami desakan dan Geser

akibat longsornya sambungan.

- Sambungan eksentris menahan geser murni

Pada Alat sambung las mengalami tegangan geser akibat longsor dan

berputarnya sambungan dengan titik putar di titik pusat penampang susunan

las.

1) Sambungan Eksentris Akibat Geser Lentur

Jenis sambungan ini ditinjau dari arah beban terhadap bidang pisah sambungan

dimana momen Bekerja Tegak Lurus Bidang Pisah seperti Gambar II.25.

Gambar II.25 Sambungan Eksentris Akibat Geser Lentur


Pada sambungan di atas (Gambar II.24), akibat beban P kerja sejauh (e) dari

bidang pisah sambungan, penampang Las akan longsor dan berputar dengan

titik netral (titik putar sambungan) di titik las paling bawah. Maka pada

penampang Las yang paling kritis terjadi tegangan :

- Akibat momen

Akibat bekerja momen (M = e x P), pada penampang Las akan tertarik

(berputar) dengan titik netral (dianggap) terjadi pada Las yang paling

bawah, sehingga terjadi tegangan tarik pada las yang paling atas sebesar:


𝑓𝑤 =𝑀×ℎ

𝐼𝑥𝑙𝑎𝑠 ........................................................................................... (149)

𝐼𝑥𝑙𝑎𝑠 = Inersia sumbu x dari bidang las

- Akibat beban P

Penampang las longsor ke bawah, sehingga terjadi tegangan geser sebesar:

𝜏 =𝑃

∑ 𝐴𝑙𝑎𝑠 ............................................................................................. (150)

Kedua tegangan tersebut bekerja bersamaan pada penampang las, maka las

dikatakan kuat menahan beban bila dipenuhi syarat:

Fw < fuw

2) Sambungan Eksentris Akibat Geser Lentur

- Pada Kondisi Elastis.

Gambar II.26 Sambungan Las Menahan Geser Murni


Kekuatan las Pada sambungan las ini, dicari tegangan yang paling kritis ()

akibat beban P yang bekerja sejauh (L) dari titik berat penampang pengelasan yaitu

berada pada tititk las yang paling jauh dari Titik berat penampang pengelasan ( Z ).

Besar tegangan kritis () dihitung denagn tahapan perhitungan sebagai

berikut :

a. Menetukan Letak titik berat penampang pengelasan :

𝑧 =(∑ 𝐴𝑤.𝑥𝑖)

∑ 𝐴𝑤 z diukur dari tepi las yang tegak ............................ (151)

b. Menentukan besar momen Inersia penampang pengelasan:

𝐼𝑥 = ∑(𝐼𝑥𝑖 + 𝐴𝑤𝑖 × 𝑦𝑖2) .................................................................. (152)

𝐼𝑥 = ∑(𝐼𝑦𝑖 + 𝐴𝑤𝑖 × 𝑥𝑖2) .................................................................. (153)

𝐼𝑥 = 𝐼𝑥 + 𝐼𝑦 (160)

c. Menantukan besar tegangan kritis pada Las:

Akibat beban langsung (P)

𝜏𝑃 =𝑃

∑ 𝐴𝑤 ............................................................................................ (154)


Akibat momen

𝜏𝑥 =𝑀×𝑦

𝐼𝑝 ............................................................................................ (155)

𝜏𝑥 =𝑀×𝑥

𝐼𝑝 ............................................................................................ (156)

d. Besar tegangan Kritis Las:

𝜏 = √(𝜏𝑥)2 + (𝜏𝑝 + 𝜏𝑦)2 ................................................................... (157)

Sambungan Las dikatakan aman terhadap beban bila dipenuhi syarat:

𝜏 = ∅𝑓𝑤 ..................................................................................................... (158)

II.4.3 Penghubung Geser

Sambungan geser pada permukaan baja-beton merupakan elemen yang sangat

penting untuk terjadinya aksi komposit pada struktur. Analisis yang akurat

menjelaskan bahwa kekuatan sambungan geser diperlukan untuk perhitungan

kekuatan yang presisi pada balok komposit.

Berbagai macam sambungan geser telah banyak digunakan, tetapi jenis

sambungan dengan stud paling banyak digunakan pada dunia konstruksi saat ini.

Pada dasarnya semua sambungan geser dirancang untuk dapat menahan gaya geser

horizontal yang terjadi pada permukaan antara balok baja dengan plat beton.

Penghubung geser stud tertera pada Gambar II.27.

Gambar II.27 Penghubung Geser Tipe Stud Sumber: Bahan Ajar Struktur Baja Jembatan POLBAN

Perhitungan kekuatan dari flexible connector dapat dihitung dengan rumus

sebagai berikut:

Baja kanal : 𝑄 = 20 (𝑡 +𝑠

2) 𝐿. √𝜎𝑐 ............................................................... (159)

Paku (stud) : 𝑄 = 10. 𝐻. 𝑑. √𝜎𝑐 untuk 𝐻𝑑

< 5,5 ............................................. (160)


: 𝑄 = 55. 𝑑2. √𝜎𝑐 untuk 𝐻𝑑

≥ 5,5 ............................................. (161)

dimana: 𝑄 : kekuatan sebuah shear connector (kg)

t : tebal rata-rata flange baja kanal (cm)

s : tebal pelat badan baja kanal (cm)

L : panjang baja kanal (cm)

𝜎𝑐 : tegangan beton yand diijinkan (kg/cm2)

H : tinggi paku (cm)

Berdasarkan American Welding Society (AWS), dimensi standar dan properti

dari stud connector ditampilkan pada Gambar II.28, Tabel II.14 dan Tabel II.15.

Gambar II.28 Notasi Stud Connector AWS

Sumber: American Welding Society (AWS) Stud Welding

Tabel II.14 Dimensi Standar Stud Connector AWS



Tabel II.15 Propertis Stud Connector AWS


bab ii dasar teori - polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/145/jbptppolban-gdl... · 2017. 11....

Documents